Der Siegeszug erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie scheint unaufhaltsam. Im Verlauf der Arbeit werden Voraussetzungen und Wege für eine hohe Strom- und Wärmeautarkie, vor allem auf Basis von Photovoltaik- und Windeinspeisung, aufgezeigt. Ziel ist es, einen möglichst großen Anteil der Energie aus lokaler Wind- und PV-Erzeugung zu erhalten. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Strom-Wärme-Verbundsystemen mit Energiespeichern.
Es wird geprüft, ob und bei welchen Bedingungen es möglich ist, eine Gesamtautarkiequote größer 70% bei gleichzeitiger Eigenverbrauchsquote größer 80% zu erreichen. Die Rohdaten wurden vom Fraunhofer Institut ISE im Wetteraukreis (Hessen) erhoben und stammen aus 2012. Die Ergebnisse zeigen, dass der Heizwärmebedarf einen größeren Einfluss auf die Autarkie hat als die Kapazität des Energiespeichers. Die Eigenverbrauchsquote sinkt bei gleichbleibender Gesamtautarkie von 70% unter 80%, wenn der Heizwärmebedarf sinkt. Wird der Heizwärmebedarf variiert, so bleibt ein optimales Verhältnis von 2:1 (Wind:PV) bestehen. Die Arbeit zeigt, dass bereits mit heutiger Technologie anspruchsvolle Ziele hinsichtlich des Autarkiegrads erreicht werden können.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Vorwort
- Ziele der Bundesrepublik Deutschland
- Anforderungen an das öffentliche Stromnetz
- Grundlagen von Energiespeichern
- Energiespeicher im vorhandenen Stromnetz
- Arten von Energiespeichern
- Mechanische Energiespeicher
- Chemische Energiespeicher
- Elektrische Energiespeicher
- Batterien als Energiespeicher
- Unterschied zwischen Batterie und Akkumulator
- Vergleich von Lithium-Ionen-Akkumulator und Bleiakkumulator
- Strom-Wärme-Verbundsysteme
- Funktionsweise von Kraft-Wärme-Kopplung
- Zukünftige Rolle von Kraft-Wärme-Kopplung im Energienetz
- Aufbau und Funktionsweise einer Wärmepumpe
- Dimensionierung eines thermischen Saisonspeichers
- Definitionen
- Autarkiequote
- Eigenverbrauchsquote
- Leistungsbedarf
- Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung
- Programmgestützte Konzeptanalyse
- Start
- Aufbau
- Parameter
- Strom-Wärme-Verbrauch über das Jahr verteilt
- Ein-Parameter Simulationen
- Änderung des Wind/PV Verhältnisses bei konstanter Energieerzeugung
- Änderung des Wind/PV Verhältnisses bei konstanter Leistungsinstallation
- Änderung der thermischen Speichergröße
- Änderung des Heizwärmebedarfs
- Zwei-Parameter Simulationen
- Änderung von Heizwärmebedarf und Erzeugung
- Änderung von Heizwärmebedarf und thermischer Speichergröße
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Nutzung von Strom-Wärme-Verbundsystemen und Energiespeichern zur Steigerung der Autarkiequote in Haushalten. Ziel ist es, mithilfe von Simulationen in MATLAB zu untersuchen, ob und unter welchen Bedingungen eine Gesamtautarkiequote von über 70% bei gleichzeitig über 80% Eigenverbrauchsquote erreicht werden kann.
- Analyse der Möglichkeiten zur Steigerung der Autarkiequote durch Strom-Wärme-Verbundsysteme
- Bewertung des Einflusses von Energiespeichern auf die Autarkiequote
- Untersuchung des optimalen Verhältnisses von Wind- und Photovoltaik-Energieerzeugung
- Optimierung der Dimensionierung von thermischen Speichern
- Analyse des Einflusses des Heizwärmebedarfs auf die Autarkiequote
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt den Kontext der Arbeit vor und erläutert die Bedeutung der Energiewende und der dezentralen Energieversorgung. Kapitel 2 beleuchtet die Grundlagen von Energiespeichern, ihre Arten und Funktionen im Stromnetz. Kapitel 3 geht auf die Funktionsweise von Strom-Wärme-Verbundsystemen ein und betrachtet die zukünftige Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung im Energienetz. Kapitel 4 befasst sich mit der Dimensionierung von thermischen Speichern, während Kapitel 5 Definitionen wichtiger Kenngrößen wie Autarkiequote, Eigenverbrauchsquote und Leistungsbedarf liefert. In Kapitel 6 wird die Programmgestützte Konzeptanalyse vorgestellt, die zur Simulation der Strom- und Wärmeversorgung genutzt wird. Kapitel 7 zeigt die Verteilung von Strom- und Wärmeverbrauch über das Jahr auf. Die Kapitel 8 und 9 widmen sich der Analyse von Ein- und Zwei-Parameter-Simulationen, die den Einfluss verschiedener Parameter auf die Autarkiequote untersuchen.
Schlüsselwörter
Autarkie, Eigenverbrauch, Strom-Wärme-Verbundsystem, Energiespeicher, Photovoltaik, Windenergie, Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmepumpe, thermischer Saisonspeicher, Simulation, MATLAB.
- Citar trabajo
- Daniel Hartig (Autor), 2015, Strom‐Wärme‐Verbundsysteme mit Energiespeichern. Das Potential von Windenergie und Photovoltaik, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/418383
